Analisa Kimia Sampel Air Sungai : Penentuan Kesadahan Total dan Sementara dalam Air

1.      Tinjauan Pustaka.

Kesadahan air adalah kandungan mineral-mineral tertentu di dalam air, umumnya ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam bentuk garam karbonat. Atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polivalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil.
Karena penyebab dominan/utama kesadahan adalah Ca²⁺ dan Mg²⁺, khususnya Ca²⁺, maka arti dari kesadahan dibatasi sebagai sifat / karakteristik air yang menggambarkan konsentrasi jumlah dari ion Ca²⁺ dan Mg²⁺, yang dinyatakan sebagai CaCO₃ (Giwangkara, 2006).

Air sadah tidak begitu berbahaya untuk diminum, namun dapat menyebabkan beberapa masalah. Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Air sadah atau air keras adalah air yang memiliki kadar mineral yang tinggi, sedangkan air lunak adalah air dengan kadar mineral yang rendah.

Kesadahan air dibedakan atas kesadahan sementara dan kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh garam-garam hidrogen karbonat, yaitu Ca(HCO₃)₂ atau Mg(HCO₃)₂. Kesadahan sementara akan hilang jika air dididihkan. Garam hidrogen karbonat akan mengendap pada pemanasan (Hunt, 1984):

Ca(HCO₃)_{2 (aq)}   ^dipanaskan   CaCO_{3 (s)} + H₂O _(l) + CO_{2 (g)}

Kesadahan tetap diakibatkan oleh garam selain garam hidrogen karbonat, seperti CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, dan MgCl₂. Kesadahan tetap lebih sulit dihilangkan bahkan tidak hilang sekalipun dididihkan (Hunt, 1984).

Reaksi yang terjadi adalah (Giwangkara S, 2006) :
CaCl₂ + Na₂CO₃ –> CaCO₃ (padatan/endapan) + 2 NaCl (larut)
CaSO₄ + Na₂CO₃ –> CaCO₃ (padatan/endapan) + Na₂SO₄ (larut)
MgCl₂ + Ca(OH)₂ –> Mg(OH)₂ (padatan/endapan) + CaCl₂ (larut)
MgSO₄ + Ca(OH)₂ –> Mg(OH)₂ (padatan/endapan) + CaSO₄ (larut)

Kesadahan total yaitu jumlah ion-ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ yang dapat ditentukan melalui titrasi kompleks dengan EDTA sebagai titran dan menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut (Giwangkara S, 2006).

Titrasi kompleks meliputi reaksi pembentukan ion-ion kompleks ataupun pembentukan molekul netral yang terdisosiasi dalam larutan. Persyaratan yang mendasari terbentuknya kompleks adalah tingkat kelarutan yang tinggi (Keenan dan Donald, 1984).

EDTA biasa dikenal sebagai asam etilen diamina tetraasetat, mengandung atom oksigen dan nitrogen yang efektif dalam membentuk kompleks yang stabil dengan logam lain yang berbeda. EDTA adalah ligan yang dapat berkoordinasi dengan satu ion logam melalui dua nitrogen dan satu oksigennya. EDTA juga dapat berlaku sebagai ligan kudentat dan konsidentat yang membebaskan satu atau dua gugus oksigen dari reaksi yang kuat dengan logam lain (Brady, 1994).

Selain dari Ca²⁺ dan Mg²⁺ beberapa kation seperti Al³⁺, Fe³⁺ dan Fe²⁺, Mn²⁺ dan sebagainya juga bergabung dengan EDTA. Tetapi untuk air ledeng, air sungai atau danau, konsentrasi ion-ion ini cukup rendah (konsentrasi kurang dari beberapa mg/L) dan tidak mengganggu. Namun kadang-kadang air tanah dan air buangan industri mengandung konsentrasi ion-ion tersebut lebih dari beberapa mg/L di mana dalam kasus ini suatu inhibitor harus digunakan untuk menghilangkan gangguan tersebut (Anonimous², 2009).

Manfaat penentuan kesadahan sementara dan kesadahan permanen yaitu untuk mengetahui tingkat kesadahan air karena air sadah dapat menimbulkan kerak sehingga dapat menyumbat pipa saluran air panas seperti radiator yang digunakan dalam mesin-mesin pertanian (Bintoro, 2007). Metode paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun. Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busa yang banyak. Pada air sadah, sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa. Cara yang lebih kompleks adalah melalui titrasi. Kesadahan air total dinyatakan dalam satuan ppm berat per volume (w/v) dari CaCO₃.

Proses pengendapan memungkinkan kalsium bereaksi dengan magnesium di dalam laut. Akibat reaksi itu kalsium akan mengalami pengendapan di laut dibandingkan magnesium. Kalsium adalah unsur kunci dalam banyak proses geokimia. (Rompas, 1998). Suatu endapan cenderung mengabsorbpsi dengan mudah ion-ion yang membentuk senyawa tak dapat larut dengan salah satu ion dalam kisi. Ion perak/klorida akan lebih mudah diserap oleh endapan perak klorida daripada ion natrium/nitrit (Day dan Underwood, 1992). Kesadahan total yaitu ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ yang dapat ditentukan melalui titrasi dengan EDTA yang dapat ditentukan melalui titrasi dengan EDTA sebagai titran dan menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut. Kejadian total tersebut dapat dianalisis secara terpisah misalnya dengan metode AAS (Automic Absorption Spectrophotometry) (Sumestri,SS, dkk, 1984).

Pengendapan merupakan cara yang sangat penting untuk memisahkan suatu contoh menjadi bagian komponen-komponennya dan spl tahun belakangan merupakan teknik pemisahan yang paling luas digunakan oleh seorang analis. Proses yang tersangkut adalah zat yang akan dipisahkan digunakan untuk membuat suatu fasa baru yaitu endapan (Sudjadi, 1998).

1.      Preparasi sampel

1.1    Teknik Sampling

1.1.1 Titik pengambilan sampel

Titik-titik kedalaman pengambilan sampel air ditentukan dengan kaedah standar yaitu lapisan permukaan 0,2 d. Diperkirakan kedalaman sungai setinggi 1,5 meter, sehingga titik pengambilan sampel dari permukaan yaitu pada kedalaman 0,3 meter dari lapisan permukaan.

1.2    Pengambilan sampel

a)      Siapkan alat pengambil sampel sesuai dengan saluran pembuangan.

b)      Bilas alat dengan sampel yang akan diambil, sebanyak 3 (tiga) kali.

c)      Ambil sampel sesuai dengan peruntukan analisis dan campurkan dalam penampung sementara, kemudian homogenkan.

d)     Masukkan ke dalam wadah yang sesuai peruntukan analisis.

Wadah atau botol yang akan digunakan untuk mengambil sampel harus bersih dan telah dibilas dengan aquades terlebih dahulu. Hal yang sama juga berlaku untuk alat-alat pengambilan sampel dan tidak mengandung dari sisa dari bekas sampel yang lama, khususnya tumbuhnya jamur dan lumut harus dicegah.

e)      Pengambilan sampel untuk parameter pengujian di laboratorium dilakukan pengawetan.

1.3.    Pengawetan sampel

Ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ tidak hilang selama pengawetan hanya dapat mengendap sebagai CaCO₃ dan Mg(OH)₂ kalau pH terlalu tinggi (>9). Bila sampel harus disimpan lebih dari 2 hari, lebih baik diasamkan sampai pH < 5 dahulu, atau diasamkan 1 jam sebelum penggunaan supaya semua endapan CaCO₃ dan lain-lain terlarut kembali. 

2.     Penentuan kesadahan air

2.1   Prinsip Percobaan

2.1.1   Pembakuan Larutan EDTA

Pembakuan larutan EDTA dengan menggunakan larutan baku primer ZnCl₂ dengan indikator EBT-NaCl yang mengubah warna larutan dari merah menjadi biru jelas.

Zn²⁺ + H₂Y^2-                    ZnY^2- + 2H⁺

2.1.2   Penentuan Kesadahan Air

Penentuan kesadahan air dengan metode titrasi pengompleksan dimana sampel air diitrasi denagn larutan EDTA yang telah dibakukan dan indikator EBT-NaCl sehingga terjadi perubahan warna dari merah menjadi biru jelas yang selanjutnya kesadahan air dinyatakan dalam ppm CaCO₃.

Ca²⁺ + H₂Y^2-                    CaY^2- + 2H⁺

2.2       Metodologi

2.2.1    Alat dan Bahan    

2.2.1.1 Alat

Alat –alat yang digunakan dalam percobaan ini antara alain :

·         Erlenmeyer 250 ml

·         Gelas kimia 250 ml

·         Neraca analitik

·         Pipet tetes

·         Pipet ukur 5 ml

·         Buret + statif

·         Corong gelas

·         Penangas air

·         Labu takar 100 ml

·         Gelas arloji

·         Spatula

2.2.1.2  Bahan

Bahan – bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah

·         0,2 gram ZnCl₂

·         5 ml Buffer pH 10 (buffer salmiak)

·         Indikator EBT-NaCl

·         Larutan EDTA 0.01 M

·         Akuades

·         Sampel air

2.2.2    Cara kerja

2.2.2.1 Pembuatan reagen

a).       Larutan buffer pH 10,0

Larutkan 1,179 gram garam di-natrium EDTA (dihidrat) p.a. dan 780 mg MgSO₄.7H₂O (magnesium sulfat) atau 644 MgCl₂.6H₂O (magnesium klorida) dalam + 50 ml air suling. Tambahkan larutan ini pada 16,9 gram NH₄Cl dan 143 ml NH₄OH pekat yang sudah berada dalam labu takar 250 ml, kocok dan encerkan sampai menjadi 250 ml dengan air suling. Simpanlah larutan buffer ini di dalam botol plastik, kemudian tutuplah dengan baik agar NH₃ (amoniak) tidak dapat keluar dan CO₂ (karbon dioksida) tidak dapat keluar dan CO₂ (karbon dioksida) tidak dapat masuk. Larutan in tahan selama 1 bulan. Pipet dengan karet penghisap selalu digunakan untuk memindahkan 1 atau 2 ml larutan buffer ke dalam sampel.

b).        Larutan standar EDTA (titran) 0,01 M

Larutkan 3,723 gram di-natrium EDTA (dihidrat) p.a. dalam air suling dan encerkan dalam labu takar sampai menjadi 1 L. Dengan demikian 1 ml larutan EDTA sesuai dengan 1 mg kesadahan yang dinyatakan sebagai CaCO₃. Larutan EDTA ini sebaiknya disimpan di botol plastik karena EDTA dapat melarutkan ion-ion Ca²⁺ dan Al³⁺ pada dinding kaca biasa. Larutan EDTA harus distandarkan dengan larutan standar primer Ca²⁺ .

c).        Indikator campuran Eriochrome Black T dan NaCl

Campuran 200 mgram celupan Eriochrome Black T dengan 100 g NaCl kemudian giling dalam mortar sampai menjadi bubuk halus. Simpan dalam botol kaca tertutup dengan baik. Dengan demikian dapat bertahan sampai lebih dari 1 tahun. Bila berupa larutan, indikator tidak stabil.

2.2.2.2   Pembakuan Larutan EDTA

1. Ditimbang MgSO₄ sebanyak 0.246 gram secara kuantitatif

2. Kemudian dilarutkan dalam labu takar 100 ml dan diencerkan sampai tanda batas

3. Larutan MgSO₄ dipipet 10 ml dan ditempatkan dalam erlenmeyer 250 ml

4. Ditambhkan 2 ml buffer pH 10 (buffer salmiak)

5. Ditambahkan aquades hingga 100 ml

6. Ditambahkan indicator EBT-NaCl dan dikocok

7. Selanjutnnya dititrasi dengan larutan EDTA 0.01 M sam pai terjadi perubahan warna menjadi biru.

2.2.2.3   Penentuan Kesadahan Air

·         Kesadahan Total

1.      Dipipet sampel air sebanyak 10 ml dan dimasukkan kedalam Erlenmeyer 250 ml

2.      Kemudian ditambah 1 ml buffer pH 10 dengan menggunakan pipet ukur 5 ml dan dilakukan dalam lemari asam serta dikocok

3.      Ditambah padatan campuran EBT-NaCl

4.      Dititrasi dengan larutan EDTA yang telah dibakuakan sampai terjadi perubahan warna menjadi biru

5.      Diamati volume titrasinya dan dicatat

·          Kesadahan Tetap

1.      Diambil 100 ml sampel air dan dimasukkan dalam gelas kimia 250 ml

2.      Selanjutnya, laruutan sampel didihkan selama setengah jam dalam penangas air

3.      Kemudian larutan sampel dididginkan dan disaring dengan kertas saring kedalam labu takar 100 ml tanpa pembilasan kertas saring

4.      Filtrat yang terbentuk diencerkan dengan akuades dan ditandabataskan

5.      Selanjutnya, larutan filtrate dipipet 10 ml dan dimasukkan dalam Erlenmeyer 250 ml

6.      Ditambahkan 1 ml buffer pH 10 dan ditambahakan indicator EBT-NaCl

7.      Selanjtnya, dititrasi dengan larutan EDTA yang telah dibakuakan sampai terjadi perubahan warna larutan menjadi biru 

·                  Kesadahan Sementara

 Kesadahan sementara ditentukan dengan cara mengurangi kesadahan total dengan kesadahan tetap.

3.   Reaksi dan Perhitungan

3.1  Reaksi

  Reaksi yang terjadi :

Sebelum titrasi            :   M²⁺ + H₂Y^2-                    MY^2- + 2H⁺

Saat titrasi                   :   M²⁺ + HIn^2-                     MIn^- (merah) + H⁺

Titik akhir titrasi          :   MIn^- (merah) + H₂Y^2-                  MY^2- + HIn^2- (biru) + H⁺

Keterangan: M²⁺ adalah Mg²⁺ pada Prosedur Pembakuan Larutan EDTA, dan

Ca²⁺ dan Mg²⁺ pada Prosedur Penentuan Kesadahan Air.

3.2  Perhitungan

a).   Pembakuan Larutan EDTA

b).   Penentuan Kesadahan Air

 Kesadahan air dinyatakan dalam satuan ppm berat per volume (w/v) dari CaCO₃

·         Kesadahan Total

Pada saat titik akhir titrasi:

ekivalen EDTA   =   ekivalen M²⁺   =  ekivalen Ca²⁺

mol EDTA        =   mol CaCO₃

mol EDTA        =  [EDTA] x Volume titrasi EDTA

mol CaCO₃         =   mol EDTA

massa CaCO₃   =   mol CaCO₃ x BM CaCO₃

massa CaCO₃   =   mol CaCO₃ x 100 gram/mol

kadar CaCO₃      =       massa CaCO3(mg)/volum cuplikan (L)      (dalam ppm)

·         Kesadahan Tetap

Pada saat titik akhir titrasi:

mol EDTA (dalam 10 ml) = [EDTA] x Volume titrasi EDTA

mol EDTA (dalam 100 ml) =  100 ml/10 ml x [EDTA] x Volume titrasi EDTA

ekivalen EDTA   =   ekivalen M²⁺   =  ekivalen Ca²⁺  

mol CaCO₃              =   mol EDTA

massa CaCO₃      =   mol CaCO₃ x BM CaCO₃

massa CaCO₃      =   mol CaCO₃ x 100 gram/mol

kadar CaCO₃          =   massa CaCO3 (mg)/volum cuplikan (L)    (dalam ppm)

·         Kesadahan Sementara

Kesadahan sementara  =  kesadahan total (ppm) – kesadahan tetap (ppm)

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Data hasil pengamatan

Sampel	Kesadahan Total (ppm)	Kesadahan Tetap (ppm)	Kesadahan sementara (ppm)
IIA	190	57	135
IIB	161.5	38	123.5
IIC	199.5	28.5	171

3.2 Pembahasan

            Kesadahan merupakan petunjuk kemampuan air untuk membentuk busa apabila dicampur dengan sabun. Pada air berkesadahan rendah, air akan dapat membentuk busa apabila dicampur dengan sabun. Sedangkan pada air berkesadahan tinggi tidak akan terbentuk busa. Kesadahan air dapat disebabkan oleh adanya interaksi antara air dengan bebatuan sehingga membentuk kalsium karbonat (CaCO₃), magnesium karbonat (MgCO₃), kalsium sulfat (CaSO₄), magnesium sulfat (MgSO₄) yang akan menyebabkan terjadinya pengendapan. Maka senyawa-senyawa tersebut cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau presipitat yang akhirnya menjadi kerak.

            Dari hasil penelitian diperoleh bahwa kesadahan tetap, kesadahan total, dan kesadahan sementara sama untuk ketiga titik berbeda. Pada titik A, air sungai bagian kota yang diambil adalah dibagian pinggir permukaan memiliki kesadahan total 190 ppm dan kesadahan tetap 57 ppm, sehingga kesadahan sementara yang dihasilkan adalah 135 ppm. Pada titik B, air yang diambil adalah ditengah sungai dibagian permukaan yang memiliki kesadahan total 161.5 ppm dan kesadahan tetap 38 ppm, sehingga kesadahan sementara yang dihasilkan adalah 123.5 ppm. Pada titik C, air yang diambil adalah dibagian tengah sungai dengan kedalaman 0.5 meter yang memiliki kesadahan total 199.5 ppm dan kesadahan tetap 28.5 ppm, sehingga kesadahan sementara yang dihasilkan adalah 171 ppm. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa nilai kesadahan dibagian kota dengan menganbil sampel pada tiga titik lokasi menunjukkan nilai yang relatif berdekatan untuk kesadahan sementara. Dengan demikian, ketiga titik sampel tergolong  dalam kesadahan lunak yaitu kandungan mineral atau unsur-unsur terlarutnya sedikit, hal ini dipengaruhi oleh cuaca, yaitu musim penghujan, jika semakin sering terjadi hujan maka akan menyebabkan semakin berkurangnya tingkat  kesadahan pada air sungai karena aliran yang ditimbulkan cukup deras sehingga menyebabkan kandungan senyawa-senyawa penyebab kesadahan  berkurang akibat terbawa arus air.

Dari data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa air sungai yang merupakan daerah aliran sungai brantas di sekitar lingkungan kota malang khususnya dapat dikatakan layak  untuk dikonsumsi sebagai kebutuhan rumah tangga namun harus melalui pengolahan. Kesadahan air sungai di bagian kota ini rendah disebabkan oleh tidak padatnya perkampungan penduduk sehingga limbah rumah tangga yang dihasilkan dari perkampunngan sekitar tidak terlalu banyak dibandingkan dibagian perkotaan ataupun hilir sungai. Salah satu penanggulangan kesadahan adalah dengan perlakuan seperti deionizer, menggunakan asam-asam organik yang dapat menangkap ion-ion Mg²⁺ dan Ca²⁺, atau dengan penanaman ‘duck weed’ atau Egeria Densa di sekitar sungai (Purwakusuma, 2007). Akan tetapi kesadahan air beresiko untuk penderita ginjal dan dapat menyebabkan kerak yang akan menyumbat pipa saluran air.

Referensi

Bintoro, 2007, Penentuan Kesadahan Sementara dan Kesadahan Permanen, http://aabin.blogsome.com, diakses pada tanggal 17 Mei 2010

Brady, J.E., 1994, Kimia Universitas Asas dan Struktur, Erlangga, Jakarta

Day, R.A.  dan RA. Underwood, 1992, Analisis Kimia Kuantitatif, Erlangga, Jakarta

Hunt, 1984, General Chemistry, Oxford University Press, London

Giwangkara S, 2006, Air Sadah, http://www.chem-is-try.org, diakses tanggal 17 Mei 2010

Keenan, C.W., dan Donald, C.F., 1984, Ilmu Kimia untuk Universitas, edisi keenam, Erlangga, Jakarta

Rompas, R.M., 1998, Kimia Lingkungan I, Tarsito, Bandung

SNI 6989.59:2008, 2008, Air dan air limbah – Bagian 59: Metoda pengambilan Contoh Air Limbah, http://SNI.com, diakses tanggal 28 April 2010

Sudjadi, 1998, Metode Pemisahan Air, Kanisius,Yogyakarta

Sumestri, S.S dan Alaerts, G, 1984, Metode Penelitian Air, Usaha Nasional, Surabaya

Share